Come spiegare le grandezze fisica ai bambini delle elementari

Definizione di grandezza fisica in fisica

I fisici, come altri scienziati, fanno osservazioni e si pongono domande fondamentali. Ad esempio, quanto è grande un oggetto? Quanta massa ha? Quanto lontano ha viaggiato? Per rispondere a queste domande, effettuano misurazioni con vari strumenti (ad esempio, bastone da metro, bilancia, cronometro, ecc.).

Le misure delle grandezze fisiche sono espresse in termini di unità, che sono valori standardizzati. Per esempio, la lunghezza di una corsa, che è una grandezza fisica, può essere espressa in metri (per i velocisti) o in chilometri (per i corridori di lunga distanza). Senza unità standardizzate, sarebbe estremamente difficile per gli scienziati esprimere e confrontare i valori misurati in modo significativo (Figura 1.13).

Tutte le grandezze fisiche nel Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI) sono espresse in termini di combinazioni di sette unità fisiche fondamentali, che sono le unità per: lunghezza, massa, tempo, corrente elettrica, temperatura, quantità di una sostanza e intensità luminosa.

Esistono due principali sistemi di unità di misura utilizzati nel mondo: Le unità SI (acronimo del francese Le Système International d'Unités, noto anche come sistema metrico) e le unità inglesi (note anche come sistema imperiale). Le unità inglesi erano storicamente utilizzate nelle nazioni un tempo governate dall'Impero britannico. Oggi gli Stati Uniti sono l'unico Paese che utilizza ancora ampiamente le unità inglesi. Quasi tutti gli altri Paesi del mondo utilizzano il sistema metrico, che è il sistema standard concordato da scienziati e matematici.

Grandezze fisiche fondamentali

1.1 L'energia è una quantità che viene trasferita da un sistema all'altro. L'energia è la capacità di un sistema di compiere lavoro. Un sistema ha compiuto un lavoro se ha esercitato una forza su un altro sistema a una certa distanza. Quando ciò accade, l'energia viene trasferita da un sistema all'altro. Durante questo processo, almeno una parte dell'energia viene trasformata da un tipo a un altro. Si può tenere traccia di quanta energia viene trasferita da un sistema all'altro.

1.2 L'energia di un sistema o di un oggetto che si traduce nella sua temperatura è chiamata energia termica. Quando c'è un trasferimento netto di energia da un sistema a un altro, a causa di una differenza di temperatura, l'energia trasferita si chiama calore. Il trasferimento di calore avviene in tre modi: convezione, conduzione e irraggiamento. Come tutti i trasferimenti di energia, il trasferimento di calore implica forze esercitate a distanza a un certo livello quando i sistemi interagiscono.

1.3 L'energia non si crea né si distrugge. La variazione della quantità totale di energia in un sistema è sempre uguale alla differenza tra la quantità di energia trasferita all'interno e quella trasferita all'esterno. La quantità totale di energia nell'universo è finita e costante.

Definizione di grandezza fisica fondamentale

Senza nemmeno rendercene conto, tutti noi utilizziamo continuamente le misure nella nostra vita quotidiana. Misuriamo tazze e cucchiaini quando cuciniamo la cena, stimiamo la distanza e il tempo necessario per arrivare in un posto quando guidiamo la nostra auto. Molte professioni si basano sulla misurazione, dagli operai edili agli appaltatori, fino ai medici che determinano le dosi delle medicine.

Poiché la misurazione è un'abilità necessaria in tutti gli ambiti della vita, è importante che i bambini acquisiscano una comprensione precoce del concetto di misura e delle unità di misura utilizzate. I bambini di prima elementare dovrebbero iniziare ad apprendere il significato delle unità di misura, mentre quelli più grandi affinano la loro capacità di usare il righello, creare grafici e analizzare i dati.

Le misurazioni per i bambini di prima elementare iniziano in genere in modo semplice, poiché i bambini devono imparare che gli oggetti e i liquidi possono essere misurati, prima di poter apprendere il concetto di centimetri o pollici. Una strategia per iniziare i bambini a misurare è quella di insegnare loro a misurare utilizzando oggetti non standard.

Esempi di quantità fisiche

La gamma di oggetti e fenomeni studiati dalla fisica è immensa. Dalla vita incredibilmente breve di un nucleo all'età della Terra, dalle minuscole dimensioni delle particelle subnucleari all'enorme distanza dai confini dell'universo conosciuto, dalla forza esercitata da una pulce che salta alla forza tra la Terra e il Sole, ci sono abbastanza fattori di \(10\) per sfidare l'immaginazione anche dello scienziato più esperto. L'assegnazione di valori numerici alle grandezze fisiche e di equazioni ai principi fisici ci permette di comprendere la natura in modo molto più approfondito rispetto alla sola descrizione qualitativa. Per comprendere queste vaste gamme, dobbiamo anche disporre di unità di misura accettate in cui esprimerle. E scopriremo che (anche nella discussione potenzialmente banale di metri, chilogrammi e secondi) appare una profonda semplicità della natura: tutte le grandezze fisiche possono essere espresse come combinazioni di sole quattro grandezze fisiche fondamentali: lunghezza, massa, tempo e corrente elettrica.

Definiamo una grandezza fisica specificando come viene misurata o come viene calcolata a partire da altre misure. Per esempio, definiamo la distanza e il tempo specificando i metodi per misurarli, mentre definiamo la velocità media affermando che si calcola come distanza percorsa divisa per il tempo di percorrenza.